JP2003269809A

JP2003269809A - 冷却装置及び恒温装置

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Publication number: JP2003269809A
Application number: JP2002367314A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Enomoto; 真一榎本
Original assignee: Espec Corp
Current assignee: Espec Corp
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: JP3662238B2

Abstract

(57)【要約】【課題】温度の制御精度が高く、且つ温度ばらつきが
少なく、かつ設備コストも低い冷却装置を開発すること
を課題とするものである。【解決手段】冷却装置１は、圧縮装置２と、凝縮装置
３と、膨張弁５と、蒸発装置６を備える他、電動弁１０
が設けられ、これらが順次配管接続されて冷凍回路を構
成している。また加熱部１１とバイパス流路１２が設け
られている。膨張弁５の感温筒１３は、加熱部１１と電
動弁１０の間に設けられ、加熱部１１を出て電動弁１０
に至る間の冷媒温度が検知される。冷媒は、蒸発装置６
を出るまで気・液混合状態を維持しており蒸発装置６内
の冷媒の温度は、どの部位においても冷媒の飽和温度に
等しい。そのため温度ばらつきが極めて小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷却装置に関するも
のであり、特に半導体や電子部品等の製造装置、検査装
置、評価試験装置等の様に、精密な恒温環境を必要とす
る製造装置や検査装置に採用することが望ましいもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】冷却装置は、冷蔵庫やクーラ等の低温を
作りだす装置に普通に使用されている。冷却装置は、周
知の通り、圧縮装置と、凝縮装置と、膨張弁と、蒸発装
置を備え、これらが順次配管接続されて冷凍回路を構成
するものである。冷凍回路においては、気体状態の冷媒
が圧縮装置で圧縮されて凝縮装置に送られ、凝縮装置で
は冷媒から熱を奪って液状又は気・液混合状態に変化さ
せる。そして冷媒は膨張手段を経て蒸発装置に送られ
る。蒸発装置内においては前記した液状又は気・液混合
状態の冷媒が蒸発し、潜熱によって負荷から熱を奪う。
冷媒は、負荷から熱を受けて気化し、圧縮装置に戻る。

【０００３】ところで圧縮装置に戻される冷媒は、いわ
ゆる液圧縮を防ぐために完全に気化された状態であるこ
とが望ましい。そこで従来技術においては、液状又は気
・液混合状態の冷媒は、蒸発装置内においてその全量が
気化される様に設計されていた。すなわち従来技術の冷
却装置においては、蒸発装置の出側の温度が冷凍回路内
における冷媒の飽和温度よりも高くなる様に膨張弁等が
制御されていた。より具体的には、蒸発装置の出側にお
ける冷媒の過熱度が一定となる様に膨張弁等が制御され
ていた。

【０００４】また冷媒を完全に気化した状態で圧縮装置
に戻すための方策として、特開昭６１−８９４５６号に
記載の方法が提案されている。特開昭６１−８９４５６
号に記載された方策は、蒸発装置と圧縮装置の間の低圧
側の冷媒を、圧縮装置から膨張弁までの高圧側と熱交換
するものである。特開昭６１−８９４５６号に記載され
た方策は、蒸発装置を出た冷媒を加熱し、冷媒を過熱状
態として圧縮装置に送るものである。特開昭６１−８９
４５６号に記載された方策は、あくまでも蒸発装置内で
冷媒を完全に気化することを目的としており、蒸発装置
と圧縮装置の間を高圧側と熱交換するのは、蒸発装置を
出た冷媒気体をさらに加熱して過熱状態とし、圧縮装置
に液状の冷媒が戻ることを完全に阻止するためである。

【０００５】また従来技術の冷却装置では、負荷側の温
度制御は、圧縮装置のオン・オフ等によって行われてき
た。すなわち負荷側の温度が設定温度よりも高い場合に
は圧縮装置を起動して冷却装置を作動させ、蒸発装置の
温度を低下して負荷側の温度を下げる。逆に負荷側の温
度が設定温度よりも低い場合には圧縮装置を停止する。
従来技術の冷却装置は、上記した様に圧縮装置のオン・
オフによって設定温度に近づけるものであったから、負
荷側の温度が振動するという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体や電
子部品等の製造装置、検査装置、評価試験装置、あるい
は環境試験器等には、極めて精密な恒温環境を必要とす
るものがある。そのため上記した様に圧縮装置をオン・
オフして温度制御する構成では、負荷側の温度が振動し
て要求性能を満たすことができない。すなわち圧縮装置
をオン・オフして温度制御する構成では、温度の安定性
が低い。

【０００７】そのためこれらの装置においては、冷却装
置の他に応答性の高いヒータを内蔵している。そして冷
却装置で必要冷却量以上の冷却量を与え、冷却しすぎた
分を応答性の高いヒータで補う方策が採用されている。
しかしながら、この様に冷却装置の他に応答性の高いヒ
ータを内蔵させる構成は、加熱しながら冷やすという矛
盾があり、エネルギー効率が悪く、省エネルギーに反す
るものであった。

【０００８】また上記した環境試験器等は、内部におけ
る温度分布のばらつきが少ないことも重要な性能の一つ
であるが、従来技術の冷却装置はこの点においても満足
のゆくものではなかった。

【０００９】すなわち環境試験器等は、例えば−４０℃
から１００℃といった様な広範囲に設定温度を変更する
ことが要求され、これに搭載される冷却装置の蒸発装置
は、最低到達温度に達することができるように高性能
（熱交換効率が高い）のものが使用される。そのため負
荷側（例えば恒温槽内）の温度が高い場合、蒸発装置に
入った冷媒はただちに気化し、蒸発装置の途中で潜熱を
放出しきってしまう。その結果、従来技術の冷却装置で
は、蒸発装置自体に温度分布が生じ、負荷側に温度ばら
つきが生じて正確な環境試験を行うことができないとい
う不満があった。

【００１０】負荷側の温度ばらつきを無くすために、冷
却装置で二次冷媒（ブライン）の温度調節を行い、二次
冷媒を負荷側に流す方策も考えられるが、二次冷媒の回
路や循環ポンプその他の設備が必要でありコストが掛か
るという問題や、装置が大型化するために設置場所に苦
慮するという新たな問題があった。すなわち冷却装置で
二次冷媒の温度調節を行い、二次冷媒を負荷側に流す構
成として、例えば図１１に示す様なものが考えられる
が、圧縮装置１００、凝縮装置１０１、膨張弁１０２、
蒸発装置１０３によって構成される冷却装置の他に、タ
ンク１０５が必要である。またさらにタンク１０５内に
電気ヒータ１０６を内蔵させる必要もある。そのため二
次冷媒を使用する方策は設備コストが掛かり、且つ設備
の専有スペースを確保する必要がある。さらに二次冷媒
を使用する方策は、熱効率も悪い。

【００１１】そこで本発明は、従来技術の上記した問題
点に注目し、温度の制御精度が高く、且つ温度ばらつき
が少なく、かつ設備コストも低い冷却装置を開発するこ
とを課題とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そして上記した課題を解
決するための請求項１に記載の発明は、圧縮装置と、凝
縮装置と、膨張手段と、蒸発装置を備え、これらが順次
配管接続されて冷凍回路を構成し、気体状態の冷媒を圧
縮装置で圧縮して凝縮装置に送り、凝縮装置では冷媒か
ら熱を奪って冷媒を液状又は気・液混合状態に変化さ
せ、膨張手段を経て蒸発装置に送り、さらに冷媒を圧縮
装置に戻す冷却装置において、蒸発装置と圧縮装置の間
に加熱部を備え、冷媒は蒸発装置の出口に至るまで気・
液混合状態を維持し、加熱部で熱を得てその全てが気体
に相変化することを特徴とする冷却装置である。

【００１３】ここで加熱部は、ヒータその他の熱源を有
することが望ましいが、当該部位を流れる冷媒が熱エネ
ルギーを受けることができれば足り、例えば外気と熱交
換して冷媒が加熱される様な構成でも構わない。請求項
２以下についても同一である。本発明の冷却装置では、
冷媒は蒸発装置の出口に至るまで気・液混合状態を維持
している。そのため蒸発装置の入口から出口に至る間の
冷媒温度は略一定であり、温度のバラツキが少ない。ま
た冷媒は蒸発装置の出口に至るまで気・液混合状態を維
持しているので、蒸発装置内にある冷媒は、潜熱を保有
している。そのため大きな負荷変動があっても蒸発装置
の温度は変わりにくい。したがって本発明の冷却装置は
安定性が高い。また本発明の冷却装置では、蒸発装置と
圧縮装置の間に加熱部を備え、加熱部から熱を得てその
全てが気体に相変化する。そのため圧縮装置に液状の冷
媒が戻ることはない。

【００１４】また請求項２に記載の発明は、圧縮装置
と、凝縮装置と、膨張手段と、蒸発装置を備え、これら
が順次配管接続されて冷凍回路を構成し、気体状態の冷
媒を圧縮装置で圧縮して凝縮装置に送り、凝縮装置では
冷媒から熱を奪って冷媒を液状又は気・液混合状態に変
化させ、膨張手段を経て蒸発装置に送り、さらに冷媒を
圧縮装置に戻す冷却装置において、膨張手段は開度を制
御することが可能であり、蒸発装置と圧縮装置の間に加
熱部を備え、前記膨張手段は、加熱部よりも下流側の温
度に基づいて制御されることを特徴とする冷却装置であ
る。

【００１５】本発明の冷却装置で採用する膨張手段は、
開度を制御することが可能である。また本発明では、蒸
発装置と圧縮装置の間に加熱部を備えている。そして本
発明では、膨張手段は、加熱部よりも下流側の温度に基
づいて制御されるので、加熱部を出た冷媒に所定の過熱
度を確保することができる。そのため圧縮装置に液状の
冷媒が戻ることはない。また本発明の様に構成すると、
蒸発装置の出口に至るまで、冷媒を気・液混合状態とす
ることが容易となる。

【００１６】また請求項３に記載の発明は、圧縮装置
と、凝縮装置と、膨張手段と、蒸発装置を備え、これら
が順次配管接続されて冷凍回路を構成し、気体状態の冷
媒を圧縮装置で圧縮して凝縮装置に送り、凝縮装置では
冷媒から熱を奪って冷媒を液状又は気・液混合状態に変
化させ、膨張手段を経て蒸発装置に送り、さらに冷媒を
圧縮装置に戻す冷却装置において、膨張手段は開度を制
御することが可能であり、蒸発装置と圧縮装置の間に加
熱部を備え、前記膨張手段は、冷凍回路内における冷媒
の飽和温度と加熱部よりも下流側の温度の差に基づいて
制御されることを特徴とする冷却装置である。

【００１７】本発明の冷却装置で採用する膨張手段は、
開度を制御することが可能である。また本発明では、蒸
発装置と圧縮装置の間に加熱部を備えている。そして本
発明では、膨張手段は、冷凍回路内における冷媒の飽和
温度と加熱部よりも下流側の温度の差に基づいて制御さ
れるので、加熱部を出た冷媒に所定の過熱度を確保する
ことができる。そのため圧縮装置に液状の冷媒が戻るこ
とはない。また本発明の様に構成すると、蒸発装置の出
口に至るまで、冷媒を気・液混合状態とすることが容易
となる。

【００１８】また請求項４に記載の発明は、加熱部は、
圧縮装置から膨張手段に至る高圧側の冷媒を熱源とする
ものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
に記載の冷却装置である。

【００１９】本発明の冷却装置では、加熱部は、圧縮装
置から膨張手段に至る高圧側の冷媒を熱源とする。その
ため特別な熱源を要せず、エネルギーの無駄がなく且つ
構造が簡単である。熱源の位置は、圧縮装置から凝縮装
置に至る間、或いは凝縮装置から膨張手段に至る間のい
ずれも可能である。

【００２０】なお上記した請求項１乃至３に共通する事
項として、膨張手段は開度を制御することが可能であ
り、冷媒が蒸発装置の出口に至るまで気・液混合状態を
維持し、加熱部から熱を得てその全てが気体に相変化す
る様に膨張手段の開度が自動調節されることが望まし
い。

【００２１】また請求項５に記載の発明は、蒸発装置か
ら圧縮装置に至る間に流量制御手段又は圧力制御手段を
備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
載の冷却装置である。

【００２２】すなわち本発明は、圧縮装置と、凝縮装置
と、膨張手段と、蒸発装置を備え、これらが順次配管接
続されて冷凍回路を構成し、気体状態の冷媒を圧縮装置
で圧縮して凝縮装置に送り、凝縮装置では冷媒から熱を
奪って冷媒を液状又は気・液混合状態に変化させ、膨張
手段を経て蒸発装置に送り、さらに冷媒を圧縮装置に戻
す冷却装置であり、蒸発装置から圧縮装置に至る間に流
量制御手段又は圧力制御手段が備えられている。

【００２３】請求項５に記載の冷却装置では、蒸発装置
から圧縮装置に至る間に流量制御手段又は圧力制御手段
を備えている。ここで流量制御手段とは例えば電動弁の
様に開口の面積を変更可能な弁や、パルス信号に応じて
短時間で開閉を繰り返し、パルス幅に応じて単位時間当
たりの流量を変更するものを含む。また流量を一定に保
つ構成のものを含む。圧力制御手段は、圧力を任意に調
整するものや、圧力を一定に保つ構成のものを含む。本
発明の冷却装置では、蒸発装置から圧縮装置に至る間に
流量制御手段等を備えているから、蒸発装置内における
冷媒の圧力を制御することができる。そのため蒸発装置
内における飽和温度を制御することができる。

【００２４】また請求項６に記載の発明は、負荷側の温
度を検知する負荷側温度検知手段を有し、流量制御手段
又は圧力制御手段は前記負荷側温度検知手段の検知温度
に基づいて制御されることを特徴とする請求項５に記載
の冷却装置である。

【００２５】前記した様に、請求項５に記載の冷却装置
は、蒸発装置から圧縮装置に至る間に流量制御手段等を
備え、蒸発装置内における冷媒の圧力を制御することに
よって蒸発装置内における飽和温度を制御することがで
きる。そこで請求項６に記載の発明は、負荷側温度検知
手段によって負荷側の温度を検知し、流量制御手段等を
負荷側温度検知手段の検知温度に基づいて制御すること
とした。

【００２６】また請求項７に記載の発明は、流量制御手
段又は圧力制御手段をバイパスするバイパス手段が設け
られていることを特徴とする請求項５又は６に記載の冷
却装置である。

【００２７】本発明の冷却装置は、流量制御手段等をバ
イパスするバイパス手段が設けられているので、流量制
御手段等を機能させたくない場合に流量制御手段等をバ
イパスさせることができる。

【００２８】また請求項８に記載の発明は、圧縮装置か
ら凝縮装置に至る間と、流量制御手段又は圧力制御手段
から圧縮装置に至る間をつなぐバイパス手段が設けられ
ていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記
載の冷却装置である。

【００２９】本発明の冷却装置は、圧縮装置から凝縮装
置に至る間と、流量制御手段等から圧縮装置に至る間を
バイパスする（つなぐ）バイパス手段が設けられてい
る。そのため流量制御手段等の開度が低いときも圧縮装
置に十分な冷媒を供給することができる。

【００３０】また請求項９に記載の発明は、蒸発装置
は、直膨式プレート熱交換器であることを特徴とする請
求項１乃至８のいずれかに記載の冷却装置である。

【００３１】ここで直膨式プレート熱交換器とは、冷媒
が通過する冷媒流路と伝熱プレートを備えた熱交換器
や、冷媒キャビティと、伝熱プレートを備えた熱交換器
である。

【００３２】また請求項１０に記載の発明は、加熱部
は、凝縮装置から膨張手段に至る高圧側の冷媒を熱源と
するものであることを特徴とする請求項１乃至９のいず
れかに記載の冷却装置である。

【００３３】本発明の装置において、当該部位の配管
を、多くの場合、液体の冷媒が流れるので、配管と冷媒
との熱交換効率が高く、加熱部（熱交換部）を小型化す
ることができる。また凝縮装置から膨張弁に至る間を流
れる冷媒は、圧縮装置から凝縮装置に至る間を流れる冷
媒に比べて温度変化が少ないから、加熱部（熱交換部）
における熱交換量が安定する。そのため外部の温度変化
によって回路に及ぼされる影響が小さいものとなり、動
作が安定化する。

【００３４】また請求項１１に記載の発明は、請求項１
乃至１０のいずれかに記載の冷却装置が搭載された恒温
装置である。

【００３５】本発明の恒温装置は、温度の制御精度が高
く、且つ温度ばらつきが少ないものである。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下さらに本発明の実施形態につ
いて説明する。図１は、本発明の実施形態の冷却装置の
配管系統図である。図２は、図１の冷却装置で採用する
直膨式熱交換器の斜視図である。図３は、直膨式熱交換
器の変形例を示す斜視図である。図４は、直膨式熱交換
器の他の変形例を示す斜視図である。図５は、本発明の
他の実施形態である冷却装置の配管系統図である。図６
は本発明のさらに他の実施形態である冷却装置の配管系
統図である。図７は、本発明のさらに他の実施形態であ
る冷却装置及び当該装置を使用した恒温装置の配管系統
図である。図８は、本発明のいっそう他の実施形態であ
る冷却装置及び当該装置を使用した恒温装置の配管系統
図である。図９は、本発明のさらに他の実施形態である
冷却装置及び当該装置を使用した恒温装置である恒温ブ
ライン供給装置の配管系統図である。図１０は、図９の
恒温ブライン供給装置で採用する蒸発装置の断面図であ
る。図１１は、従来技術における冷却装置を使用した恒
温ブライン供給装置の配管系統図である。

【００３７】図１は、本発明の一実施形態である冷却装
置１である。本実施形態の冷却装置１は、半導体等の環
境試験に使用されるものである。本実施形態の冷却装置
１は、従来技術と同様に圧縮装置２と、凝縮装置３と、
膨張弁５と、蒸発装置６を備える。また本実施形態の冷
却装置１は、これらの機器に加えて、電動弁１０が設け
られ、これらが順次配管接続されて冷凍回路を構成して
いる。また本実施形態に特有の構成として加熱部（熱交
換部）１１とバイパス流路１２が設けられている。

【００３８】順次説明すると、圧縮装置２は公知のそれ
と同一であり、レシプロ式やロータリー式あるいはスク
ロール式等の冷媒圧縮ポンプである。

【００３９】凝縮装置３は熱交換器であり、図示しない
ファンから送風を受けて内部を流れる冷媒を冷却するも
のである。

【００４０】膨張弁５はいわゆる温度式膨張弁である。
温度式膨張弁は、温度自動膨張弁又は感熱式膨張弁とも
称されるものであり、感温筒１３を備える。そして内部
にプランジャを持ち、感温筒１３の温度と膨張弁５の出
口近傍の温度に応じてオリフィスの開度が変化する。す
なわち感温筒１３の内部にはチャージ媒体が封入されて
おり、感温筒１３の温度に応じて膨張・収縮する。そし
て感温筒１３の圧力は、フランジ等を介してプランジャ
に作用するので、結果的に感温筒１３の検知温度に応じ
てプランジャに力が作用する。一方、オリフィスの出口
側の冷媒圧力についてもフランジ等を介してプランジャ
に作用する様に構成されているので、オリフィスの出口
側の冷媒温度に応じてもプランジャに力が作用する。そ
して両者がつりあったところでオリフィスが停止するの
で、結果的に膨張弁５は、感温筒１３周辺の温度と、膨
張弁５の近傍の温度に基づいて制御される。そして膨張
弁５は、感温筒１３の温度と膨張弁５の出口近傍の温度
の差が所定の温度となる様に開度が変化する。

【００４１】本実施形態の冷却装置１は、前記した様に
半導体等の環境試験器に使用されるものであり、蒸発装
置６は、直膨式プレート熱交換器が採用されている。す
なわち蒸発装置６は冷媒が通過する冷媒流路や冷媒キャ
ビティを有し、これらに伝熱プレートが接合されたもの
である。本実施形態で採用可能な蒸発装置６の例として
は、例えば図２の様に熱伝導性に優れた金属製伝熱プレ
ート１５の内部に流路１６が形成されたものが挙げられ
る。

【００４２】また図３の様に金属製伝熱プレート１７の
一面に冷媒配管１４が溶接されたものであってもよい。
さらに図４の様に電気ヒータ等のプレート加熱装置１９
を内蔵するものであってもよい。なおプレート加熱装置
１９は、金属製伝熱プレート１５を昇温させるものであ
り、面状のヒータである。プレート加熱装置１９は、例
えば運転終了後の乾燥運転等、金属製伝熱プレート１５
の温度を上昇させたい場合に利用することができる。蒸
発装置６には、熱電対又はサーミスタ等の温度センサー
２２が取り付けられている。

【００４３】電動弁１０は、ステッピングモータが取り
付けられた弁であり、信号に応じて開度が調整される。

【００４４】本実施形態の冷却装置１は、前記した様に
圧縮装置２と、凝縮装置３と、膨張弁５と、蒸発装置６
が設けられ、これらが順次配管接続されて冷凍回路を構
成している。そして本実施形態の特徴的な構成たる電動
弁１０は、蒸発装置６の下流側に設けられている。

【００４５】また本実施形態の冷却装置１では、蒸発装
置６の出口側の配管の一部が高圧側の配管に近接し、加
熱部１１が構成されている。すなわち本実施形態の冷却
装置１では、蒸発装置６の出口側から電動弁１０に至る
間の配管の一部が、圧縮装置２から凝縮装置３に至る間
の配管の一部に接触している。具体的には、両者の配管
は、１００ｍｍから２００ｍｍ程度の範囲に渡って密着
し、両者の間で直接的に熱交換が行なわれる。

【００４６】ここで圧縮装置２から凝縮装置３に至る間
は、冷媒が圧縮されて流れる部位であり、高圧領域であ
って配管の温度が高い。一方、蒸発装置６の出口側から
電動弁１０に至る間は、低圧領域であって温度が低い。
そのため加熱部１１においては、圧縮装置２から膨張装
置３に至る高圧側の冷媒を熱源として蒸発装置６の出口
側から電動弁１０に至る間が加熱される。言い換えれ
ば、加熱部１１は、蒸発装置６の出口側の冷媒と、高圧
領域の冷媒とを熱交換する部分である。

【００４７】またバイパス流路１２は圧縮装置２と加熱
部１１の間から分岐され、電動弁１０と圧縮装置２の間
に接続されている。バイパス流路１２には電磁弁１８と
キャビラリーチューブ２０が接続されている。

【００４８】本実施形態の冷却装置１を圧縮装置２を起
点として説明すると次の通りである。すなわち圧縮装置
２の吐出側は、加熱部１１を経て凝縮装置３の入り側に
接続され、凝縮装置３の吐出側は、膨張弁５を経て蒸発
装置６に接続され、さらに加熱部１１を経て電動弁１０
に接続され、電動弁１０の吐出側が圧縮装置２の吸い込
み側に戻る。また圧縮装置２と加熱部１１の間と、電動
弁１０と圧縮装置２の間にバイパス流路１２が設けら
れ、当該バイパス流路１２には電磁弁１８とキャピラリ
ーチューブ２０が設けられている。

【００４９】そして上記した一連の配管には代替フロン
等の熱媒体が封入されている。また膨張弁５の感温筒１
３は、加熱部１１と電動弁１０の間に設けられ、加熱部
１１を出て電動弁１０に至る間の冷媒温度を検知する。
すなわち通常の冷却装置においては、膨張弁の感温筒
は、蒸発装置の出口近傍に設けられるが、本実施形態で
は、膨張弁５の感温筒１３は、蒸発装置６の出口から離
れた部位に設けられ、さらに感温筒１３の取付け部位
と、蒸発装置６の間には加熱部１１が存在する。

【００５０】そして膨張弁５は、加熱部１１を出て電動
弁１０に至る間の冷媒温度に基づいて過熱度制御され
る。すなわち膨張弁５は、加熱部１１を出て電動弁１０
に至る間の冷媒温度と、膨張弁５の出口近傍の温度（飽
和温度）の差異が一定の温度となる様にオリフィスの開
度が自動調節される。具体的には、膨張弁５は、加熱部
１１を出た冷媒温度と、冷凍回路内の冷媒の飽和温度の
差が一定となる様に弁の開度が自動調節され、上記した
差が一定温度を越える場合は弁の開度が拡大し、一定温
度未満である場合は弁の開度が縮小する。

【００５１】また本実施形態では、膨張弁５の過熱度設
定は、圧縮装置２の容量、蒸発装置６の容量、及び加熱
部１１から低圧側冷媒が受ける熱量等を勘案し、少なく
とも蒸発装置６を出るまで、冷媒が気・液混合状態を維
持する温度を選ぶ。この温度は、一般的に３℃から８℃
程度であり、より好ましくは、４℃〜６℃程度である。

【００５２】また本実施形態の冷却装置１は、制御装置
２１を備える。制御装置２１には、蒸発装置６に取り付
けられた温度センサー２２の信号が入力される。そして
図示しない温度設定装置によって設定された温度と、温
度センサー２２の温度を比較し、その差に応じたパルス
信号を電動弁１０に送る。すなわち設定温度に対して温
度センサー２２の検知温度が高い場合は、電動弁１０の
開度が大きくなり、逆に設定温度に対して温度センサー
２２の検知温度が低い場合は、電動弁１０の開度が小さ
くなる様にＰ．Ｉ．Ｄ制御される。

【００５３】次に本実施形態の冷却装置１の機能につい
て説明する。本実施形態の冷却装置１は、前記した様に
半導体等の環境試験器に使用されるものであり、蒸発装
置６には直膨式プレート熱交換器が採用されている。本
実施形態の冷却装置１では、蒸発装置（直膨式プレート
熱交換器）６の金属製伝熱プレート１５上に被試験物を
並べて押しつけるか、又は金属製伝熱プレート１５によ
って被試験物を挟む。

【００５４】本実施形態の冷却装置１は、通常の冷却装
置と同様に気体状態の冷媒を圧縮装置２で圧縮して凝縮
装置３に送り、凝縮装置３では冷媒から熱を奪って冷媒
を液状又は気・液混合状態に変化させる。また冷媒は膨
張弁５によって流量制御され、膨張弁５を経て蒸発装置
６に開放され、金属製伝熱プレート１５が温度低下を来
す。

【００５５】そして蒸発装置６を出た冷媒は、加熱部１
１によって加熱され、電動弁１０に至る。電動弁１０で
は、蒸発装置６に取り付けられた温度センサー２２に応
じて冷媒の流量が絞られ、冷媒は圧縮装置２に戻る。

【００５６】上記した一連の冷媒の流れの中で特記すべ
きは、本実施形態の冷却装置１では、冷媒は、蒸発装置
６を出るまで気・液混合状態を維持しているという点で
ある。

【００５７】すなわち本実施形態の冷却装置１では、蒸
発装置６の下流側に加熱部１１が設けられているから、
冷媒は加熱部１１において加熱され、過熱状態となって
圧縮装置２に戻るが、膨張弁５の過熱度制御における基
準温度として、加熱部１１を出た部位の温度を採用して
いる。またさらに加えて、本実施形態では、膨張弁５を
過熱度制御する温度設定は、圧縮装置２の容量、蒸発装
置６の容量、及び加熱部１１から低圧側冷媒が受ける熱
量等を勘案し、少なくとも蒸発装置６を出るまで、冷媒
が気・液混合状態を維持する温度が選定されている。

【００５８】そのため本実施形態の冷却装置１では、冷
媒は、蒸発装置６を出るまで気・液混合状態を維持して
おり、湿り状態である。したがって蒸発装置６内の冷媒
の温度は、どの部位においても冷媒の飽和温度に等し
い。そのため本実施形態の冷却装置は、温度ばらつきが
極めて小さい。実施形態に則して説明すると、本実施形
態の冷却装置１では、金属製伝熱プレート１５上のどの
部分についても同一の温度である。そのため金属製伝熱
プレート１５上に載置された半導体は、どの部位に載置
されたものも同一の温度となる。

【００５９】また本実施形態の冷却装置１では、冷媒
は、蒸発装置６を出るまで気・液混合状態を維持してい
るので、冷媒は蒸発装置６を出るまで潜熱を保有してい
る。そのため冷熱エネルギーに余裕があり、負荷変動が
あっても一定の温度を維持することができる。

【００６０】また本実施形態の冷却装置では、低圧側配
管における加熱部１１の下流側に電動弁１０が設けられ
ているので冷媒の飽和温度を変えることができ、蒸発装
置６の温度（金属製伝熱プレート１５の温度）を任意に
変更することができる。

【００６１】すなわち電動弁１０を絞ると蒸発装置６内
の圧力が上昇し、冷媒の蒸発が抑制され、飽和温度が上
昇する。その結果、蒸発装置６（金属製伝熱プレート１
５）の表面温度が上昇する。逆に電動弁１０を開くと、
蒸発装置６内の圧力が低下し、飽和温度が低下して蒸発
装置６の表面温度が降下する。

【００６２】また本実施形態の冷却装置１は、図示しな
い温度設定装置を持ち、温度設定装置に任意の温度を設
定することができる。そして前記した様に、制御装置２
１によって設定温度と、温度センサー２２の温度を比較
し、その差に応じたパルス信号を電動弁１０に送る。具
体的には、設定温度に対して温度センサー２２の検知温
度が高い場合は、電動弁１０の開度が大きくなり、逆に
設定温度に対して温度センサー２２の検知温度が低い場
合は、電動弁１０の開度が小さくなる様に信号を送る。

【００６３】したがって設定温度よりも蒸発装置６の温
度が十分に高い場合は、電動弁１０は、全開状態とな
り、温度式膨張弁５によって最大能力で温度降下する。
そして蒸発装置６の温度が設定温度に近づくと、電動弁
１０は、開度を閉じる方向に作動する。電動弁１０の開
度が小さいと、蒸発装置６内は中間圧力となり、蒸発温
度が上昇する。本実施形態の冷却装置１は、この様に電
動弁１０の開度をコントロールすることで蒸発温度（圧
力）を制御することが可能となり、蒸発装置６の温度制
御が可能となる。また電動弁１０を採用することによ
り、任意の温度に設定することが可能となる。

【００６４】このように本実施形態では、膨張弁５が温
度の均一性を確保し、電動弁１０が温度を制御してい
る。電動弁１０の開度を小さくすると圧縮装置２の吸い
込み圧力が下がり、冷凍能力が低下するため、蒸発装置
６の過熱度が大きくなる方向となるが、この時は膨張弁
５の開度が増大し、常に蒸発装置６の出口付近が湿り状
態を保つ様に働き、平衡する。つまり、電動弁１０は、
圧力を可変させて蒸発装置６の温度を所定の温度に保つ
作用をし、膨張弁５は、冷媒流量を変化させて蒸発装置
６内の冷媒を常に気・液混合状態に維持する様に調整
し、温度分布を均一にする作用を行う。

【００６５】また本実施形態の冷却装置１は、ブライン
を使用しなくても温度分布が均一となるので、ブライン
の回路が不要であり、経済的である。

【００６６】本実施形態の冷却装置１では、圧縮装置２
と加熱部１１の間と、電動弁１０と圧縮装置２の間にバ
イパス流路１２が設けられている。このバイパス流路１
２は、主として安全装置として設けたものである。すな
わち本実施形態の冷却装置１は、冷凍回路に電動弁１０
が設けられており、回路を流れる冷媒量が当該電動弁１
０によって絞られる。そのため電動弁１０を過度に絞る
と圧縮装置２に供給される冷媒が過度に減少し、圧縮装
置２の吸い込み圧力が極端に低下して圧縮装置２の故障
の原因となる。そこで本実施形態では、凝縮装置３、膨
張弁５、蒸発装置６、電動弁１０、加熱部１１等の機器
をバイパスするバイパス流路１２を設けている。

【００６７】本実施形態で採用するバイパス流路１２に
は電磁弁１８が設けられている。電磁弁１８は、制御装
置２１によって制御され、電動弁１０の開度が一定以下
となった時に開く。そのため電動弁１０が絞られ、電動
弁１０の開度が過小となると電磁弁１８が開いてバイパ
ス流路１２が開通し、圧縮装置２に冷媒が供給される。

【００６８】なおバイパス流路１２を流れる冷媒の量
は、圧縮装置２の吸い込みに悪影響を与えない程度の量
が確保されれば足りる。また凝縮装置３側には相当量の
冷媒を流す必要がある。そこでバイパス流路１２にはキ
ャビラリーチューブ２０が設けられ、凝縮装置３側の流
量よりもバイパス流路１２側の流量が少なくなる様に工
夫されている。バイパス流路１２に設けられたキャビラ
リーチューブ２０は、上記した理由で設けられたもので
あるから、他の絞りに変更してもよく、また省略しても
よい。またパイパス流路１２の電磁弁１８を省略しても
よい。

【００６９】次に、本発明の効果を確認するために行っ
た実験について説明する。本発明者は、図１に示す構成
の冷却装置１を試作し、性能を試験した。蒸発装置６
は、図２に示す構成のものを使用した。蒸発装置６内の
冷媒の温度は、蒸発装置６の表面温度に対して数度低い
温度でコントロールされた。蒸発装置６の表面温度のバ
ラツキは、±０．３℃程度であった。また設定温度は、
−４０℃〜０℃まで変更可能であった。設定温度に対す
る温度の変動幅は、±０．１℃以下であった。試作機に
おける−１０℃及び−２０℃制御時の圧力状態は、表１
の通りであった。

【００７０】

【表１】

【００７１】従来技術において、本実施形態と同等に小
さい温度バラツキを実現しようとすると、図１１に示し
た様な二次冷媒方式を採用せざるを得なかったが、本実
施形態の様に蒸発装置６として、直膨式プレート熱交換
器を使用することにより、二次冷媒方式と同等の性能が
期待できる。また本実施形態によると、ブライン循環ポ
ンプの発熱や、配管、タンクからの熱ロスが無くなり、
冷却装置の容量を小さくでき、さらにまたブライン回路
が不要となる。そのため省エネルギー、安価、省スペー
ス化が実現できる。

【００７２】以上説明した実施形態では、加熱部１１と
して圧縮装置２から凝縮装置３に至る高圧側の冷媒を熱
源として蒸発装置６の出口側から電動弁１０に至る間を
加熱する構成を開示した。しかしながら、本発明はこの
構成に限定されるものではなく、例えば図５に示すよう
に、蒸発装置６の出口側から電動弁１０に至る間に電気
ヒータ２３を設け、当該電気ヒータ２３を熱源として蒸
発装置６の出口側から電動弁１０に至る間を加熱しても
よい。電気ヒータ２３を熱源として加熱部を構成する場
合には、必要な過熱度を確保し得る容量を持つ電気ヒー
タを常時通電しておくことが望ましい。

【００７３】また図１に示した実施形態では、加熱部１
１として圧縮装置２から凝縮装置３に至る高圧側の冷媒
を熱源としたが、図６に示すように凝縮装置３から膨張
弁５に至る高圧側の冷媒を熱源としてもよい。すなわち
図６に示す冷却装置では、蒸発装置６の出口側から電動
弁１０に至る間の配管の一部が、凝縮装置３から膨張弁
５に至る間の配管の一部に接触している。具体的には、
両者の配管は、１００ｍｍから２００ｍｍ程度の範囲に
渡って密着し、両者の間で直接的に熱交換が行なわれ
る。なお、本実施形態では温度調整器２１と電動弁１０
の間にパルスコンバータ２５が介挿されている。

【００７４】凝縮装置３から膨張弁５に至る間の温度、
すなわち凝縮装置３の出口側の温度は、図１の実施形態
で採用した様な、圧縮装置２から凝縮装置３に至る間よ
りも低いが、当該部位の配管を流れる冷媒は、多くの場
合、液体であるから、図１の実施形態の場合に比べて配
管と冷媒との熱交換効率が高く、結果的に熱交換量が増
大する。そのため図６に示す構成を採用すると、加熱部
（熱交換部）１１を小型化することができる。また凝縮
装置３から膨張弁５に至る間を流れる冷媒は、圧縮装置
２から凝縮装置３に至る間を流れる冷媒に比べて温度変
化が少ないから、加熱部（熱交換部）１１における熱交
換量が安定する。そのため外部の温度変化によって回路
に及ぼされる影響が小さいものとなり、動作が安定化す
る。

【００７５】また蒸発装置６から圧縮装置２に戻る配管
を長くして配管が外気と触れる時間を長くし、外気温度
と接する機会を増やして蒸発装置６の出口側から電動弁
１０に至る間を実質的に加熱してもよい。さらに空冷式
の熱交換器（管コイル形や、フィンコイル形の熱交換器
等）を当該部位に挿入して加熱部とすることも可能であ
る。いずれの方策を採用する場合であっても、加熱部の
能力は、膨張弁の設定過熱度以上に至らしめることがで
きる熱量を冷媒に与えることができることが必要であ
る。また負荷変動を勘案して加熱部の能力は、多少の余
裕を有することが推奨されるが、加熱部における加熱量
が過度に大きいと、冷却装置１自体の冷却能力が低下し
てしまうので注意を要する。

【００７６】また上記した実施形態は、半導体用の環境
試験器に本発明を応用したものであるが、もちろん他の
機器に本発明を応用することができる。

【００７７】図７は、本発明に係る冷却装置３０を恒温
槽３３に適用してなる恒温装置の例を示すものである。
なお以下に示す実施形態の中で、先の実施形態と同一の
部材は、同一の番号を付し、重複した説明を省略する。
図７に示す冷却装置３０は、先の実施形態と同様に圧縮
装置２と、凝縮装置３と、膨張弁５と、蒸発装置３５及
び電動弁１０を備え、これらが順次配管接続されて冷凍
回路を構成している。また先の実施形態と同様に加熱部
１１を備えている。

【００７８】ただし、先の実施形態では、蒸発装置６
は、直膨式プレート熱交換器であり、接触による熱伝導
によって物を冷却するものであったのに対し、本実施形
態で採用する蒸発装置３５は、クーラや冷蔵庫で採用さ
れる物と同様の形態であり、冷媒と恒温槽３３内の雰囲
気との間で熱交換を行うものである。具体的には、蒸発
装置３５は、管コイル形や、フィンコイル形の熱交換器
である。

【００７９】また本実施形態の冷却装置３０は、凝縮装
置３等を迂回するバイパス流路を持たない。しかしこれ
に代わって、電動弁１０を迂回するバイパス流路３１を
備えている。バイパス流路３１には、電磁弁３２が設け
られている。

【００８０】本実施形態の冷却装置３０は、前記した様
に恒温槽３３に適用されるものである。恒温槽３３は、
公知のそれと同様に断熱材によって囲まれた箱体であ
る。そして断熱材で仕切られた箱体内には仕切り３４が
あり、仕切り３４の内側に通風通路３８が設けられてい
る。そして当該通風通路３８の内部に蒸発装置３５が配
されている。また温度センサー２２は、恒温槽３３内の
所定の位置に配されている。

【００８１】他に、恒温槽３３内に電気ヒータ３６とフ
ァン３７が設けられている。これらの電気ヒータ３６と
ファン３７は、温度制御装置４０によって制御される。

【００８２】本実施形態の恒温槽３３は、低温から高温
に至るまで、幅広く温度調節を行うことを目的としてい
る。そのために本実施形態の恒温槽３３では、制御温度
を低温領域、中温領域及び高温領域の３つに区分し、そ
れぞれ冷却装置３０と、電気ヒータ３６を使い分けてい
る。

【００８３】例えば、低温領域を−４０℃〜０℃とし、
中温領域を０℃〜４０℃とし、高温領域を４０℃〜１０
０℃とする。ここで低温領域たる−４０℃〜０℃は、前
記した実験の通り冷却装置３０だけで精度良く温度調節
ができる領域であるから、基本的に、冷却装置３０のみ
で温度調節を行い、急速に槽内の温度を上昇させる必要
がある場合に限って電気ヒータ３６を作動させる。すな
わち冷却装置３０の電動弁１０を動作させて冷媒の飽和
温度を調節し、所望の温度に調整する。この様に低温領
域においては、電動弁１０を機能させて温度調節を行う
ので、バイパス流路３１の電磁弁３２は、閉じた状態の
ままで使用される。

【００８４】低温領域、中温領域及び高温領域の各領域
における動作を表に纏めると、表２の通りである。

【００８５】

【表２】

【００８６】本実施形態の恒温槽３３では、低温領域の
温度制御に冷却装置３０を使用するが、本実施形態の冷
却装置３０は、蒸発装置３５の温度ばらつきが少ない。
そのため蒸発装置３５を通過する空気の温度が均一とな
る。その結果、本実施形態の恒温槽３３では、槽内にお
ける温度のばらつきが少ない。

【００８７】これに対して中温領域たる０℃〜４０℃
は、冷却装置３０単独では、温度調節ができない領域で
ある。そのため冷却装置３０と電気ヒータ３６を併用し
て恒温槽３３内の温度を調節する。すなわち中温領域た
る０℃〜４０℃では、従来技術と同様に冷却装置で過冷
却ぎみに冷却し、冷却しすぎた分を応答性の高い電気ヒ
ータ３６で補う。また中温領域たる０℃〜４０℃で恒温
槽３３を使用する場合には、バイパス流路３１の電磁弁
３２を開成し、電動弁１０を迂回して冷媒を流す。この
理由は、次の通りである。

【００８８】すなわち本実施形態では、電動弁１０は恒
温槽３３内の温度センサー２２の検出温度に基づいて制
御されているため、恒温槽３３内が高温状態にあるとき
や、設定温度が高いときは、冷媒の飽和温度を上げよう
として電動弁１０が全閉状態となってしまうおそれがあ
る。そこで中温領域たる０℃〜４０℃では、電動弁１０
による冷媒流量の制限が行なわれないようにバイパス流
路３１側の電磁弁３２を開き、バイパス流路３１側に冷
媒を流すこととした。

【００８９】したがってバイパス流路３１を設ける代わ
りに、電気回路やソフトウェアを工夫して電動弁１０が
全閉状態となることを防止してもよい。たとえば恒温槽
３３内の温度や設定温度が一定温度よりも高い場合に、
電動弁１０を全開状態或いは一定の開度（例えば５０
％）に固定する方策が有効である。

【００９０】また高温領域たる４０℃〜１００℃におい
ては、冷却装置３０を使用する機会がほとんどなく、専
ら電気ヒータ３６によって槽内の温度調節を行う。

【００９１】図７で示した恒温槽３３は、電気ヒータを
併用して−４０℃程度の低温領域から、１００℃程度の
高温領域までの温度制御を可能としたものであるが、例
えば制御範囲が、−４０℃の低温領域から１０℃程度の
中低温領域までの温度制御で足りる場合には、図８に示
す様なより簡便な構成を採用してもよい。図８に示す恒
温槽４５では、冷却装置４１は、圧縮装置２と、凝縮装
置３と、膨張弁５と、蒸発装置３５及び電動弁１０を備
え、これらが順次配管接続されて冷凍回路を構成してい
る。また先の実施形態と同様に加熱部１１を備えてい
る。本実施形態で採用する蒸発装置３５は、図７に示し
た実施形態で採用したものと同様のものであり、冷媒と
恒温槽４５内の空気の間で熱交換を行うものである。ま
た本実施形態の冷却装置４１は、図１のような凝縮装置
３等を迂回するバイパス流路を持たない。また電動弁１
０を迂回するバイパス流路３１も無い。

【００９２】次に本発明の冷却装置を恒温ブライン供給
装置に適用してなる恒温装置の例を図９を参照しつつ説
明する。図９に示す恒温ブライン供給装置５０では、冷
却装置５１は、圧縮装置２と、凝縮装置３と、膨張弁５
と、蒸発装置５２及び電動弁１０を備え、これらが順次
配管接続されて冷凍回路を構成している。また先の実施
形態と同様に加熱部１１を備えている。

【００９３】本実施形態の冷却装置５１は、凝縮装置３
等を迂回するバイパス流路を持たない。また電動弁１０
を迂回するバイパス流路３１も無い。

【００９４】本実施形態で採用する蒸発装置５２は、図
１０に示すように二重管路となっている。すなわち蒸発
装置５２は、略「Ｕ」字状をした内管５３を持ち、内管
５３の外側に外管５５が設けられている。言い換えれ
ば、蒸発装置５２は、外管５５の内部に内管５３が同心
状に挿入されたものである。したがって蒸発装置５２
は、内管５３によって構成される内側流路と、外管と内
管の間によって構成される外側流路を有する。

【００９５】そして内管５３の両端部は、凝縮装置３及
び加熱部１１側に接続され、内側流路には冷媒が通過す
る。一方、外管５５の端部側面にはブライン導入管５６
とブライン排出管５７が接続されている。外側流路に
は、ブラインが通過する。またブライン排出管５７には
温度センサー５８が取り付けられている。

【００９６】本実施形態の恒温ブライン供給装置５０で
は、制御装置２１によって設定温度と、温度センサー５
８が検出する蒸発装置５２のブライン出口付近のブライ
ン温度を比較し、その差に応じたパルス信号を電動弁１
０に送って電動弁１０を動作させる。

【００９７】本実施形態の恒温ブライン供給装置５０で
は、蒸発装置５２の内側流路を冷媒が通過するが、冷媒
は、蒸発装置５２を出るまで気・液混合状態を維持して
いる。したがって蒸発装置５２内の冷媒の温度は、どの
部位においても冷媒の飽和温度に等しい。そのため本実
施形態の冷却装置５１の蒸発装置５２の内側流路は、温
度ばらつきが極めて小さい。また本実施形態の冷却装置
５１では、冷媒は、蒸発装置５２を出るまで気・液混合
状態を維持しているので、冷媒は蒸発装置５２を出るま
で潜熱を保有している。そのため冷熱エネルギーに余裕
があり、負荷変動があっても一定の温度を維持すること
ができる。そのため外側流路を流れるブラインは、流れ
る内に一定の温度に調整され、所定の負荷に送られる。

【００９８】本実施形態の冷却装置５１では、ブライン
と冷媒とを蒸発装置５２によって直接的に熱交換してい
る。そして蒸発装置５２のブラインの出口側の温度によ
って温度制御を行っている。そのため蒸発装置５２にお
ける冷却量を制御でき、ブラインタンクが不要である。
また本実施形態によると、電気ヒータ等の加熱装置を必
要とせずに精密な温度制御が可能となり、低コスト、省
スペースを実現できる。さらに本実施形態では、必要冷
却量のみで運転されるため、省エネルギーである。

【００９９】以上説明した実施形態では、膨張手段とし
て温度式膨張弁５を採用し、感温筒１３は、加熱部１１
と電動弁１０の間に配したが、感温筒１３を電動弁１０
と圧縮装置２の間に設けてもよい。また上記した実施形
態では、膨張手段として温度式膨張弁５を採用したが、
他の形式のものであっても構わない。膨張手段として電
子膨張弁を使用する場合、温度センサーは、蒸発装置
６，３５の手前と、加熱部１１の下流に配することとな
る。温度制御範囲が狭い場合は、膨張手段として手動式
膨張弁やキャピラリーチューブを使用することもでき
る。

【０１００】また上記した実施形態では、膨張弁５は、
加熱部１１を出て電動弁１０に至る間の冷媒温度と、膨
張弁５の出口近傍の温度（飽和温度）の差異が一定の温
度となる様に過熱度制御したが、加熱部１１を出て電動
弁１０に至る間の冷媒温度だけによって膨張弁５を制御
してもよい。例えば、加熱部１１を出て電動弁１０に至
る間の冷媒が常識的に乾き状態となっているであろう温
度となる様に膨張弁５を制御する。

【０１０１】また上記した実施形態では、電動弁１０は
いずれも加熱部１１と圧縮装置２の間に設けたが、蒸発
装置６，３５と加熱部１１の間に電動弁１０を設けても
よい。ただし蒸発装置６，３５と加熱部１１の間は、気
・液混合状態であるから、流量調節が安定しにくい。そ
のため実施形態の様に、加熱部１１の下流側に電動弁１
０を設けることが望ましい。すなわち加熱部１１の下流
では、冷媒は、乾き蒸気であるから、流量制御を行いや
すい。

【０１０２】また電動弁１０に代わって他の形式の制御
弁を使用することもできる。電動弁１０に代わって固定
的な絞りであってもある程度の効果は期待できる。さら
に一次側の圧力を所定の値に保つ弁を使用することもで
きる。また固定温度でも構わない場合は、例えば蒸発圧
力調整弁等を電動弁の代わりに使用してもよい。

【０１０３】以上説明した様に、本発明の冷却装置は、
蒸発装置の温度バラツキが少なく、温度が安定してい
る。そのため環境試験器等に採用すると、安定した温度
環境をつくり出すことができ、信頼性の高い試験を行う
ことができる。特に請求項１に記載の冷却装置では、冷
媒は蒸発装置の出口に至るまで気・液混合状態を維持し
ているので温度のバラツキが少なく、且つ大きな負荷変
動があっても蒸発装置の温度は変わりにくい。

【０１０４】特に請求項２，３に記載の冷却装置では、
蒸発装置の出口に至るまで、冷媒を気・液混合状態とす
ることが容易となる。また請求項２，３に記載の冷却装
置では、設定温度幅を確保することができる。

【０１０５】請求項４に記載の冷却装置は、加熱部は、
圧縮装置から膨張手段に至る高圧側の冷媒を熱源とする
ので、特別な熱源を要せず、構造が簡単である。さらに
請求項４に記載の冷却装置は、特別な熱源を要しないの
で、省エネルギーの観点からも推奨される。

【０１０６】請求項５に記載の冷却装置は、蒸発装置か
ら圧縮装置に至る間に流量制御手段等を備えているか
ら、蒸発装置内における冷媒の圧力を制御することがで
きる。そのため蒸発装置内における飽和温度を制御する
ことができる。したがって本発明によると、蒸発装置の
温度を任意に変更することができる。

【０１０７】また請求項６に記載の冷却装置では、負荷
側の温度を検知して温度制御を行うので、負荷側を所望
の温度に調節することができる。

【０１０８】さらに請求項７に記載の冷却装置は、流量
制御手段等をバイパスするバイパス手段が設けられてい
るので、流量制御手段等が締切り状態となるのを防いだ
り、あるいは流量制御手段等の流路抵抗を軽減すること
ができる。

【０１０９】また請求項８に冷却装置では、圧縮装置か
ら凝縮装置に至る間と、流量制御手段等から圧縮装置に
至る間をつなぐバイパス手段が設けられている。そのた
め流量制御手段等の開度が低いときも圧縮装置に十分な
冷媒を供給することができ、安全性が高い。

【０１１０】また請求項９に記載の冷却装置では、蒸発
装置に直膨式プレート熱交換器が採用されているので、
被冷却物をプレート上において冷却したり、所望の試験
を行うことができる。

【０１１１】また請求項１０に記載の冷却装置では、配
管と冷媒との熱交換効率が高く、加熱部（熱交換部）を
小型化することができ、また、加熱部（熱交換部）にお
ける熱交換量が安定して、外部の温度変化によって回路
に及ぼされる影響が小さいものとなり、動作が安定化す
る。

【０１１２】また請求項１１に記載の恒温装置は、温度
の制御精度が高く、且つ温度ばらつきが少ないという優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の冷却装置の配管系統図であ
る。

【図２】図１の冷却装置で採用する直膨式熱交換器の斜
視図である。

【図３】直膨式熱交換器の変形例を示す斜視図である。

【図４】直膨式熱交換器の他の変形例を示す斜視図であ
る。

【図５】本発明の他の実施形態の冷却装置の配管系統図
である。

【図６】本発明のさらに他の実施形態である冷却装置の
配管系統図である。

【図７】本発明のさらに他の実施形態である冷却装置及
び当該装置を使用した恒温装置の配管系統図である。

【図８】本発明のいっそう他の実施形態である冷却装置
及び当該装置を使用した恒温装置の配管系統図である。

【図９】本発明のさらに他の実施形態である冷却装置及
び当該装置を使用した恒温装置である恒温ブライン供給
装置の配管系統図である。

【図１０】図９の恒温ブライン供給装置で採用する蒸発
装置の断面図である。

【図１１】従来技術における冷却装置を使用した恒温ブ
ライン供給装置の配管系統図である。

【符号の説明】

１冷却装置２圧縮装置３凝縮装置５膨張弁６蒸発装置１０電動弁１１加熱部１２バイパス流路１３感温筒３０, ４１冷却装置３１バイパス流路３２電磁弁３３，４５恒温槽３５蒸発装置５０恒温ブライン供給装置５１冷却装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮装置と、凝縮装置と、膨張手段と、
蒸発装置を備え、これらが順次配管接続されて冷凍回路
を構成し、気体状態の冷媒を圧縮装置で圧縮して凝縮装
置に送り、凝縮装置では冷媒から熱を奪って冷媒を液状
又は気・液混合状態に変化させ、膨張手段を経て蒸発装
置に送り、さらに冷媒を圧縮装置に戻す冷却装置におい
て、蒸発装置と圧縮装置の間に加熱部を備え、冷媒は蒸
発装置の出口に至るまで気・液混合状態を維持し、加熱
部で熱を得てその全てが気体に相変化することを特徴と
する冷却装置。
【請求項２】圧縮装置と、凝縮装置と、膨張手段と、
蒸発装置を備え、これらが順次配管接続されて冷凍回路
を構成し、気体状態の冷媒を圧縮装置で圧縮して凝縮装
置に送り、凝縮装置では冷媒から熱を奪って冷媒を液状
又は気・液混合状態に変化させ、膨張手段を経て蒸発装
置に送り、さらに冷媒を圧縮装置に戻す冷却装置におい
て、膨張手段は開度を制御することが可能であり、蒸発
装置と圧縮装置の間に加熱部を備え、前記膨張手段は、
加熱部よりも下流側の温度に基づいて制御されることを
特徴とする冷却装置。
【請求項３】圧縮装置と、凝縮装置と、膨張手段と、
蒸発装置を備え、これらが順次配管接続されて冷凍回路
を構成し、気体状態の冷媒を圧縮装置で圧縮して凝縮装
置に送り、凝縮装置では冷媒から熱を奪って冷媒を液状
又は気・液混合状態に変化させ、膨張手段を経て蒸発装
置に送り、さらに冷媒を圧縮装置に戻す冷却装置におい
て、膨張手段は開度を制御することが可能であり、蒸発
装置と圧縮装置の間に加熱部を備え、前記膨張手段は、
冷凍回路内における冷媒の飽和温度と加熱部よりも下流
側の温度の差に基づいて制御されることを特徴とする冷
却装置。
【請求項４】加熱部は、圧縮装置から膨張手段に至る
高圧側の冷媒を熱源とするものであることを特徴とする
請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項５】蒸発装置から圧縮装置に至る間に流量制
御手段又は圧力制御手段を備えたことを特徴とする請求
項１乃至４のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項６】負荷側の温度を検知する負荷側温度検知
手段を有し、流量制御手段又は圧力制御手段は前記負荷
側温度検知手段の検知温度に基づいて制御されることを
特徴とする請求項５に記載の冷却装置。
【請求項７】流量制御手段又は圧力制御手段をバイパ
スするバイパス手段が設けられていることを特徴とする
請求項５又は６に記載の冷却装置。
【請求項８】圧縮装置から凝縮装置に至る間と、流量
制御手段又は圧力制御手段から圧縮装置に至る間をつな
ぐバイパス手段が設けられていることを特徴とする請求
項５乃至７のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項９】蒸発装置は、直膨式プレート熱交換器で
あることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載
の冷却装置。
【請求項１０】加熱部は、凝縮装置から膨張手段に至
る高圧側の冷媒を熱源とするものであることを特徴とす
る請求項１乃至９のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれかに記載の
冷却装置が搭載された恒温装置。